北郵數(shù)電實驗擴音機電路的設計與實現(xiàn)

1、擴音機的設計與實現(xiàn)實驗報告科目：電子電路測量實驗課題：擴音機的設計與實現(xiàn)學院：電子工程學院班級：2012211209學號：2012211063班號：7姓名：；張克寒簡易擴音機的設計與實現(xiàn)目錄簡介一、 摘要二、 關鍵詞三、 設計任務要求四、 設計思路五、 總體框架圖六、 分塊電路與總體電路設計七、 實現(xiàn)功能及擴展八、 電路故障及問題分析九、 元器件及測試儀表清單十、 軟件仿真原理圖及結果：十一、 總結和結論簡易擴音機電路的設計與實現(xiàn)一、摘要:擴音機電路是把微弱的聲音信號放大成能推動揚聲器的大功率信號，主要由運算放大器和集成音頻功率放大器構成。電路結構分為前置放大，音調控制，功率放大三部分。前置放

2、大主要完成小信號的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶寬，噪聲要小，音調控制主要是實現(xiàn)對輸入信號高、低音的提升和衰減；功率放大器決定了整機的輸出功率，要求效率高，是真盡可能小，輸出功率大。二、關鍵詞:擴音機電路; 前置放大; 音調控制;功率放大。三、設計任務要求：a)設計實現(xiàn)一個具有放大能力的擴音機。設計指標及給定條件為：（1）最大輸出功率不小于2w（2）負載阻抗為8 （3）具有音調控制功能，即用兩個點位期分別調節(jié)高音和低音。當輸入信號為1KHz時，輸出為0dB；當輸入信號為100Hz時，調節(jié)低音電位器可以是輸出功率變化+12dB；當輸入信號為10KHz時，調節(jié)高音電位器也可以是輸出功率

3、變化+12dB。 （4）輸出功率的大小連續(xù)可調，即用電位器可調節(jié)音量的大小。 （5）頻率響應:當高、低音調電位器處于極不提升也不衰減的位置時，-3dB的頻率范圍是80HZ-6KHZ，即BW=6KHZ。（6）輸入斷短路時，噪聲輸出電壓的有效值不超過10mv，直流輸出電壓不超過50mv，靜態(tài)電源電流不超過100mA 。b）利用相關軟件繪制完整電路圖，及印制電路板。四、設計思路：前置放大主要完成小信號的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶寬，噪聲小，音控調制主要是實現(xiàn)對輸入信號高、低音的提升和衰減；功率放大器 決定了整機的輸出功率、非線性失真系數(shù)等指標，要求效率高、失真盡可能小、輸出 功率大。

4、設計時首先根據(jù)技術指標得要求，確定各級增益分配，然后對各級電路進行具體設計。因此，擴音機中各級增益分配為：前置放大電壓放大倍數(shù)100，音調控制中電壓放大倍數(shù)為1，功率放大級電壓放大倍數(shù)8。1. 前置放大電路由于話筒提供的信號非常微弱，一般在音調控制器前面加一個前置放大器?？紤]到的合計電路對頻率響應及零輸入時的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運算放大器LF353.LF353是一種雙路運算放大器，屬于高輸入阻抗低噪聲的集成器件。2.音調控制器是通過電阻電容網(wǎng)絡的選頻作用來實現(xiàn)音調控制的。輸入信號分成兩路送到放大器的輸入端，一路對低頻信號具有選擇和調節(jié)作用，用大電容實現(xiàn)，另一路對高頻信號具

5、有選擇和調節(jié)作用，用小電容實現(xiàn)。3.根據(jù)對輸出功率的波形和功率的要求，選用TDA2030A型單片集成功率放大電路，其主要特點是a、上升隨率高，瞬態(tài)互調失真??；b、輸出功率比較大c、外圍電路簡單，使用方便；d內含各種保護電路，工作安全可靠。五、總體框架圖：功率放大音調調控前置放大 話筒輸入 擴音機工作原理圖六、分塊電路和總體電路的設計：1、前置放大電路前置放大電路分為兩級放大電路。 第一級前置放大電路的增益為：1+R5/R6=11，取R5=100K，R6=10K。其中在負反饋端R5上并聯(lián)了一個100uF的大電容，目的是為了使電路對低頻信號有一個更好的放大作用，輸出的信號質量。取Au2=11，同樣

6、R8=100k,R9=10。耦合電容C1、C3與C5取10uf， C4取100以保證擴音電路的低頻響應。其他元件C2=100pf,R4=R5=100K，R10=22k。電路圖如下圖所示： 2、音調控制電路音調調制器的功能是：根據(jù)需要按一定的規(guī)律控制、調節(jié)音響，更好的滿足人耳的聽覺特性。一般的音調控制器只對低音和高音的增益進行提升和衰減，而中音信號的增益不變。音調控制的關鍵是電阻電容網(wǎng)絡的選頻作用。輸入信號是分成兩個之路送到放大器的輸入端。一條是經(jīng)R11、RP1、C6、R13到輸入端，并經(jīng)過C7、R12到輸出端形成負反饋。另一條是經(jīng)過RP2、R14、C8到輸入端，這兩條支路的電容容量相差很大，C

7、6、C7容量大，對低頻信號影響大，C8容量小對高頻信號起作用。 電路圖如下所示: 1）中頻段時大電容C6、C7視為短路，小電容C8視為開路其等效電路為此事的放大倍數(shù)為-R12/R11=-1.2）低頻時C8可視為是開路，RP1調結時，在兩種極限情況下的等效電路，信號頻率越低，則隨著容抗的增大增益越大，隨著RP1的滑動端從左到右移動，增益有大變小，也就是說調節(jié)PR1能改變低音的放大倍數(shù)，產(chǎn)生提升和衰減的效果。 3）、高頻段時，C6、C7可視為短路，調節(jié)Rp2可使高音的放大倍數(shù)得到提到橫和衰減。Rp1做低音音控制，RP2做高音音控制。 Rp1旋到A點時低音提升，旋到B時低音衰減。

8、Rp2旋到C點時高音提升，旋到D點時高音衰減，為了使電路獲得滿意性能，具備下列條件：1） 信號源的內阻不大。2） 用來實現(xiàn)音調控制的放大電路本身有足夠高的開環(huán)增益。3） C6、C7的容量要適當，其容抗跟有關電阻相比，在低頻時足夠大，在中、高頻時又足夠小。4） Rp1、RP2的阻值遠大于R11、R12、R13、R14。4、功率輸出級的設計：此級電路是最后一級的功率放大電路，此電路用的是TDA2030最基本的一個功率放大電路，其主要特點是：a、上升頻率高、瞬態(tài)互調失真小；b、輸出功率大，單片可達18W；c、外圍電路簡單，使用方便；d、采用5腳單列直插的封裝形式，體積??；e、內含各種保護電路，工作安

9、全可靠。電路圖如下所示: 擴音機作為一種擴音裝置，不僅是廳堂擴音設備、有限設備的主機，也是家用音響的核心部件，用途廣泛，且設計思路清晰。本文主要是介紹用簡單的運算放大電路和集成功率放大電路實現(xiàn)一個小型擴音機功能。此擴音設備的作用是把從話筒、錄放卡座、CD機送出的微弱信號放大成能推動揚聲器發(fā)聲的大功率信號，擴音機實際上是個音頻放大器。七、實現(xiàn)功能說明及擴展 ：1、基本功能實現(xiàn)：（1）最大輸出功率2、53w（2）負載阻抗為8 （3）具有音調控制功能，即用兩個點位期分別調節(jié)高音和低音。當輸入信號為1KHz時，輸出為0dB；當輸入信號為100Hz時，調節(jié)低音電位器可以是輸出功率變化+12dB；當輸入信

10、號為10KHz時，調節(jié)高音電位器也可以是輸出功率變化+12dB。 （4）輸出功率的大小連續(xù)可調，即用電位器可調節(jié)音量的大小。 （5）頻率響應:當高、低音調電位器處于極不提升也不衰減的位置時，-3dB的頻率范圍是80HZ-6KHZ，即BW=6KHZ。（6）輸入斷短路時，噪聲輸出電壓的有效值不超過6.3mv，直流輸出電壓不超過32mv，靜態(tài)電源電流不超過100mA 。2、主要測試數(shù)據(jù)及方法：1）將第一級電路輸入端斷開接交流電源，且與第二級斷開，用示波器顯示輸入輸出波形，調節(jié)R5/R6與R8/R使放大倍數(shù)為100倍，最終測試值為120倍。2）整體電路測試，將三級電路連接好測試最終波形，通過示波器得出

11、輸入輸出波形反向且放大，最大放大不失真倍數(shù)將近1000倍。3）在中頻段波形不失真情況下，調節(jié)Rp1至輸出電壓最大，在負載兩端并接入電壓表，測試Vmax=4.5V，負載電阻8，從而Pmax=Vmax2/R=2.53W4)當輸入信號為100Hz時，調節(jié)低音電位器在不失真情況下輸出功率變化+12dB；當輸入信號為10KHz時，調節(jié)高音電位器在不失真情況下輸出功率變化+12dB。 5)將輸入端短路，測試輸出電壓，整理電路板減少噪聲，調節(jié)Rp1使輸出電壓小于10mv，最終測量值為6.3mv3、擴展部分文獻閱讀（電路板未完成，摘自“擴音機功放電路的改進研究-涂有超1, 劉道華1, 賈卉彩2”）：其他功率輸

12、出電路功放電路的工作原理正常工作時, 開通電源, 發(fā)光二極管和繼電器有電流流過, 指示燈亮, 同時, 繼電器動作, 吸合電鍵1沒有輸入信號時, 兩組晶體管T 1 T4 和T5T8 的基極都處于零偏置情況, 變壓器次級線圈中沒有感應電壓, 負載中沒有電流1推動級有輸出信號u i 時, 先經(jīng)變壓器進行倒相1 在u i 的正半周時, T1 T4 的基極電壓為正,T 5 T 8 的基極電壓為負1 因而T1 T 4 導通, T5T 8 截止1T 1 T4 的輸出電流ic1流經(jīng)變壓器初級線圈的上半部, 如圖 所示, 在次級感應的電流iL 從RL 上端流入, 下端流出1 經(jīng)過半個周期以后, 即在u i 的負

13、半周時, T 5 T 8 的基極電壓為正, T1 T4的基極電壓為負1 因此, T 5 T 8 導通, T1 T4 截止1T5 T 8 的輸出電流ic2 流經(jīng)變壓器初級線圈的下半部, 如圖3 所示, 根據(jù)變壓器極性關系可知, 這時iL 也要反向1 于是iL 在一個周期內就全面地反映了信號的正負這兩個方向的變化, 輸出完整的波形1一旦電路出現(xiàn)短路或負載過重時, 集電極電流會急劇增大, 超過保險絲的熔斷電流時, 就會使保險絲熔斷1 若在u i 的正半周, 將會導致T1 T 4 的保險絲熔斷; 在u i 的負半周時, 會導致T 5 T 8 的保險熔斷, 使功放管單元電路被斷路, 因此, 加入保險絲對

14、功放管有保護作用1若管子本身老化或性能不好時, 其擊穿電壓值降低, 擊穿電流增大, 并且在工作過程中, 管耗也易于升高, 繼而引起集極電流的增加1 集電極電流的增加又反過來使管耗增加, 如此循環(huán), 該功放管就易被擊穿損壞1 一旦被擊穿, 由于功放管的ce結電阻很小, 因此集電極電流就會迅速增加, 導致保險絲熔斷, 從而使該功放管單元電路中沒有電流流過發(fā)光二極管和繼電器1 指示燈不亮, 起報警作用; 同時, 電鍵斷開, 使該管的基極從電路中脫離,相當于整個功放管從電路中脫離, 達到了預先設想的目的1另外, 功放管采用并聯(lián)連接后, 每管的集電極損耗相應減少, 降低了溫升, 因而工作狀態(tài)更趨穩(wěn)定;

15、功放管的并聯(lián)降低了輸出級內阻, 還有利于改善對放聲性能有較大影響的阻尼系數(shù)1 此外, 改進后的電路由于輸出利用變壓器, 所以可以根據(jù)需要采用匹配的負載, 實現(xiàn)多路輸出1。八、故障及問題分析1.電路故障：測試第一級電路時，出現(xiàn)輸出無波形現(xiàn)象。解決方案：用示波器探頭逐級測試各部分，在2管腳有輸出波行，之后均無，初步判斷運放接觸不良或損壞，斷掉電源再次連接運放，再次測試仍無波行，用測試儀測試運放確定損壞。2.電路問題：第一級放大倍數(shù)遠大于100倍。解決方案：實驗與理論計算存在差異通過改小R5、R8值最終是放大倍數(shù)粗測為120倍。3.電路故障：電路第一次測試輸出均完好，幾天后測試第一級便無輸出。解決方

16、案：經(jīng)各種排查調試均無效，推測電路板器件接觸不良或存在短路，經(jīng)重新連接合理布線后，使電路板布線整潔，重新測的波形。4.電路問題：測試電路時，最終最大放大倍數(shù)不定。 問題分析：由于電路期間及連接簡陋，且實驗環(huán)境影響存在不同程度的誤差，因此不同次測量干擾不同，實驗結果不同。九、元器件及測試儀表清單：器件數(shù)量器件數(shù)量器件數(shù)量LF353N23.3k電阻11歐姆電阻1麥克1100k電阻410uf電容4TDA2030A110k電阻2100pf電容21N4001222k電阻20.01uf電容2Speaker151k電阻2330pf電容18.2k電阻118k電阻122uf電容13.9 k電阻1680歐姆電阻1220uf電容20.1uf電容20.22uf電容1500k電位器210k 電位